剖析 Chiplet 時(shí)代的布局規(guī)劃演進(jìn)

來源：芝能芯芯

半導(dǎo)體行業(yè)的不斷進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，3D-IC（三維集成電路）和異構(gòu)芯片設(shè)計(jì)已成為提高性能的關(guān)鍵途徑。然而，這種技術(shù)進(jìn)步伴隨著一系列新的挑戰(zhàn)，尤其是在熱管理和布局規(guī)劃方面。
我們探討3D-IC和Chiplet設(shè)計(jì)所帶來的挑戰(zhàn)及其對物理布局工具的影響，并討論EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）供應(yīng)商如何應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

Part 1

3D-IC 和異構(gòu)芯片出現(xiàn)對設(shè)計(jì)帶來的影響

3D-IC 和異構(gòu)芯片的出現(xiàn)要求對物理布局工具進(jìn)行重大變革。芯片的放置和信號布線對整體系統(tǒng)性能和可靠性有著至關(guān)重要的影響。散熱成為 3D-IC 面臨的首要難題，邏輯芯片的堆疊導(dǎo)致熱量產(chǎn)生增加，而減薄基板雖縮短了信號傳輸距離，卻降低了傳熱能力，散熱器也不再適用。

解決方法在于精心配置芯片層，使熱量分散或限制在可有效散熱的區(qū)域，這需要內(nèi)置到自動(dòng)化工具中。例如，在實(shí)際應(yīng)用中，若將高性能計(jì)算芯片進(jìn)行 3D 堆疊，由于其高功率運(yùn)行產(chǎn)生的大量熱量，若布局規(guī)劃不合理，可能導(dǎo)致局部過熱，影響芯片性能和穩(wěn)定性。
布局規(guī)劃、布局、時(shí)鐘和布線是布局布線流程的主要階段。布局規(guī)劃探索在流程早期進(jìn)行，確定功能模塊的位置和連接性。隨著技術(shù)發(fā)展，從傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)?3D 設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)變得更為復(fù)雜，需要考慮更多維度的因素，如芯片間的耦合效應(yīng)、電阻率和時(shí)序路徑等。
在智能手機(jī)芯片設(shè)計(jì)中，不僅要考慮 CPU 和 GPU 的布局，還要考慮它們與內(nèi)存芯片、通信芯片等在 3D 空間中的交互，以確保性能最優(yōu)且散熱良好。

Part 2

Chiplet設(shè)計(jì)的影響

Chiplet設(shè)計(jì)改變了傳統(tǒng)的布局布線流程，需要對邏輯分區(qū)進(jìn)行優(yōu)化，并且在設(shè)計(jì)流程中必須考慮多芯片集成、異構(gòu)技術(shù)以及高密度芯片間互連的復(fù)雜性。這要求EDA工具具備更強(qiáng)的多物理場模擬能力和智能化水平，以便更好地支持設(shè)計(jì)決策。
熱效應(yīng)在3D結(jié)構(gòu)中尤為重要，因?yàn)闊岽當(dāng)_可能影響設(shè)計(jì)的可靠性。為了管理這些效應(yīng)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要打破傳統(tǒng)學(xué)科間的壁壘，將熱模擬等多物理效應(yīng)更早地引入設(shè)計(jì)過程。
此外，由于電壓/頻率的動(dòng)態(tài)變化會(huì)影響性能和計(jì)算吞吐量，因此需要進(jìn)行瞬態(tài)熱功率斜坡建模。
EDA供應(yīng)商正在積極開發(fā)新一代工具，這些工具不僅能夠處理傳統(tǒng)信號完整性和電源完整性分析，還能支持熱管理、信號完整性感知布線等高級功能。
此外，隨著AI技術(shù)的進(jìn)步，EDA工具正在整合更多的人工智能功能，以實(shí)現(xiàn)更高效的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。
隨著Chiplet設(shè)計(jì)和3D-IC技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，EDA工具將繼續(xù)進(jìn)化以滿足更高層次的設(shè)計(jì)要求。未來的設(shè)計(jì)流程將更加自動(dòng)化，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)來預(yù)測和優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。
同時(shí)，跨領(lǐng)域合作將成為關(guān)鍵，以確保設(shè)計(jì)符合所有必要的約束條件。
3D-IC和Chiplet設(shè)計(jì)為半導(dǎo)體行業(yè)帶來了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。為了克服這些挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)工具和流程必須不斷發(fā)展以支持更先進(jìn)的技術(shù)。EDA供應(yīng)商正通過創(chuàng)新的方法來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，而隨著技術(shù)的進(jìn)步，我們可以期待在未來幾年內(nèi)看到更加高效和自動(dòng)化的設(shè)計(jì)流程。

小結(jié)
隨著行業(yè)逐步過渡到Chiplet時(shí)代，我們正處于一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這將對未來的電子產(chǎn)品產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。EDA工具和設(shè)計(jì)流程的持續(xù)創(chuàng)新將是確保這一轉(zhuǎn)型成功的關(guān)鍵。

審核編輯 黃宇